JEMBATAN WHEATSTONE

JEMBATAN WHEATSTONE

A.    Tujuan

Menentukan nilai suatu hambatan yang tidak diketahui dengan nilai metode jembatan

B.     Dasar Teori

Rangkaian jembatan secara luas telah digunakan dalam beberapa pengukuran niai suatu komponen seperti: rasistansi, induktansi, dan kapasitansi serta parameter-parameter rangkaian lainnya yang diperoleh langsung dari nilai komponnya seperti frekuensi, sudut fasa, dan temperatur.

Karena rangkaian jembatan hanya membandingkan antara nilai komponen yang belum diketahui dengan komponen standar yang telah diketahui nilainya, maka akurasi pengukurannya menjaid hal yang sangat penting, terutama pada pembacaan pengukuran perebandingannya yang  hanya didasarkan pada sebuah indikator NOL pada kesetimbangan jembatan.

Jembatan DC bertipe NOL dikenal dengan nama Jembatan Wheatstone, dengan empat lengan yang terdiri dari sebuah hambatan yang belum diketahui nilainya (Rx), dua hambatan yang bernilai sama (R2 dan R3) serta hambatan variabel (Rv). Tegangan DC ditempatkan diantara titik AC serta hambatan variabel diatur sedemikian rupa sehingga tegangan yang terukur pada titik BD sama dengan nol. Titik nol ini biasanya diukur dengan galvanometer yang mempunyai sensitivitas tinggi. (Pramono, 2014).

Jembatan Wheatstone adalah alat ukur yang ditemukan oleh Samuel Hunter Christie pada 1833 dan meningkat kemudian dipopulerkan oleh Sir Charles Wheatstone pada tahun 1843. Ini digunakan untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, satu kaki yang mencakup komponen diketahui kerjanya mirip dengan aslinya potensiometer. Jembatan Wheatstone adalah suatu alat pengukur, alat ini dipergunakan untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali umpamanya saja suatu kebocoran dari kabel tanah/ kartsluiting dan sebagainya. Jembatan Wheatstone adalah alat yang paling umum digunakan untuk pengukuran tahanan yang teliti dalam daerah 1 sampai 100.000 Ω. Jembatan Wheatstone terdiri dari tahanan R₁, R₂, R₃, dimana tahanan tersebut merupakan tahanan yang diketahui nilainya dengan teliti dan dapat diatur (Dedy, 2012).

Yonathan Andrianto Suroso, memaparkan beberapa hukum dasar rangkaian listrik yang berhubungan dengan jembatan wheatstone:

1.      Hukum Ohm

Hukum Ohm menyatakan “Jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding-larus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi”. Hukum ini dicetuskan oleh Georg Simon Ohm.

Secara matematis, hukum Ohm ini dituliskan:

V = I . R  atau I = V/R

Dimana

I : arus listrik yang mengalir pada suatu penghantar (Ampere)

V : tegangan listrik yang terdapat pada kedua ujung penghantar (Volt)

R : hambatan listrik yang terdapat pada suatu penghantar (Ohm)

2.      Hukum Kirchoff I

Dipertengahan abad 19, Gustav Robert Kichoff (1824-1887) menemukan cara untuk menentukan arus listrik pada rangkaian bercabang yang kemudian dikenal dengan hukum Kirchoff. Hukum Kirchoff berbunyi “Jumlah kuat arus yang masuk dalam titik percabangan sama dengan jumlah kuat arus yang keluar dari titik percabangan.” Jumlah I masuk = I keluar.

3.      Hukum Kirchoff II

Hukum Kirchoff II berbunyi: “Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol.” 

Maksud dari jumlah penurunan potensial sama dengan nol adalah tidak adanya energilistrik yang hilang dalam rangkaian tersebut atau dalam arti semua energi bisadigunakan atau diserap.Rangkaian Jembatan Wheatstone adalah susunan dari 4 buah hambatan, yangmana dua dari hambatan tersebut adalah hambatan variabel dan hambatan yang belumdiketahui besarnya yang disusun secara seri satu sama lain dan pada 2 titik diagonalnya dipasang sebuah galvanometer dan pada 2 titik diagonal lainnya diberikansumber tegangan. Dengan mengatur sedemikian rupa besar hambatan variabelsehingga arus yang mengalir pada Galvanometer = 0, dalam keadaan ini jembatandisebut seimbang, sehingga sesuai dengan hukum Ohm berlaku persamaan:

R1 . R2 = R3 . Rx

Persamaan tersebut bila dijabarkan akan menjadi sebagai berikut:

R₁ . R₂ = R₃ . Rx

Rx =  . R₁

Bila nilai R 1dan R 3 diganti dengan panjang kawat L1dan L2 maka rumus di atas dapat ditulis sebagai berikut:

Rx =   . R_v

Dengan:

Rv: hambatan variabel disebut juga sebagai lengan standar

R2 dan R3: kawat hambatan dan disebut  sebagai lengan perbandingan

Hadi Pramono (2014: 92), menjelaskan jika R₂ dan R3 menyatakan hambatan pada kawat dengan panjang L1 dan L2, maka dapat juga ditulis dengan:

Rx = R_v   

C.    Alat dan Bahan

1.      Jembatan wheatstone

2.      Power supplay AC-DC 12 volt

3.      Besic meter

4.      Rheostart 10 ohm – 3 ohm

5.      Kawat homogen

6.      Kabel-kabel

7.      Resister variabel

D.    Langkah Kerja

1.      Susunlah rangkaian percobaan!

2.      Sebelum rangkai dihubungkan dengan sumber tegangan, konsultasikan kepada asisten apakah susunan rangkaian sudah benar atau belum.

3.      Geserlah kontak logam yang tehubungan dengan kawat ke kanan atau ke kiri, sedmikian hingga  jarum galvanometer menunjukan angka nol.

4.      Ukurlah panjang kawat yang ada disebelah kiri dan sebelah kanan kontak logam.

5.      Ubah-ubahlah nilai resister variabel, untuk mendapatkan hasil yang berbeda. Kemudian geser kontak logam ke kanan atau ke kiri hingga jarum golvanometer menunjukan angka nol. Ukur panjang kawat sebelah kanan dan sebelah kiri logam.

6.      Gantilah resister Rx dengan yang lain. kemudian lakukan seperti langkah 1 – 5.

E.     Hasil Pengamatan

1.1.Tabel Pengamatan

No	V	Besic meter	I	L1 (m)	L2 (m)	Rv	Rx
1	3V	1 A	99 Ω	0,52 m	0,48 m	0,03 Ω	0,0325 Ω
		5 A	19,6 Ω	0,54 m	0,46 m	0,153 Ω	0,179 Ω
2	6V	1 A	57 Ω	0,73 m	0,27 m	0,105 Ω	0,283  Ω
		5 A	16,2 Ω	0,65	0,35 m	0,37 Ω	0,687 Ω
3	9V	1 A	35 Ω	0,02	0,98 m	0,257 Ω	0,005 Ω
		5 A	16,8 Ω	0,81	0,19 m	0,535 Ω	2,28 Ω

1.2.Perhitungan

1.      Percobaan 1

a.       Dik: v = 3v . 1A

      I =  =  = 99

L₂ = 0,48 m

L₁ = 0,52 m

Rv =  =  = 0,03 Ω

Dit: Rx?

Jawab: Rx = Rv

                  = 0,03

                  = 0,0325 Ω

b.      Dik: v = 3v . 5A

      I =  =  = 19,6

L₂ = 0,46 m

L₁ = 0,54 m

Rv =  =  = 0,153 Ω

Dit: Rx?

Jawab: Rx = Rv

                  = 0,53

                  = 0,179 Ω

2.      Percobaan 2

a.       Dik: v = 6v . 1A

      I =  =  = 57

L₂ = 0,27 m

L₁ = 0,73 m

Rv =  =  = 0,105 Ω

Dit: Rx?

Jawab: Rx = Rv

                  = 0,105

                  = 0,283 Ω

b.      Dik: v = 6v . 5A

      I =  =  = 16,2

L₂ = 0,35 m

L₁ = 0,65 m

Rv =  =  = 0,37 Ω

Dit: Rx?

Jawab: Rx = Rv

                  = 0,37

                  = 0,687 Ω

3.      Percobaan 3

a.       Dik: v = 9v . 5A

      I =  =  = 35

L₂ = 0,98 m

L₁ = 0,02 m

Rv =  =  = 0,257 Ω

Dit: Rx?

Jawab: Rx = Rv

                  = 0,105

                  = 0,005 Ω

b.      Dik: v = 9v . 5A

      I =  =  = 16,8

L₂ = 0,19 m

L₁ = 0,81 m

Rv =  =  = 0,535 Ω

Dit: Rx?

Jawab: Rx = Rv

                  = 0,535

                  = 2,28 Ω

F.     Pembahasan

Jembatan wheatstone merupakan alat untuk mengukur suatu yang tidak diketahui hambatan listrik dengan menyeimbangkan dua kali dari rangkaian jembatan, juga untuk memperoleh ketelitian dalam melaksanakan pengukuran terhadap suatu tahanan yang nilainya relatif kecil sekali. Oleh karena iu pada prktikum kali ini adalah bertujuan untuk menentukan nilai suatu hambatan yang tidak diketahui dengan nilai metode jembatan. dilakukan pula dengan enam pengamatan, yaitu 3 volt, 6 volt dan 9 volt dari sumber hambatan atau power supplay dengan masing-masing 1 A dan 5 A.

Sebelum dilakukan pastikan rangkaian tersusun dengan benar. Untuk mencari nilai Rx, terlebih dahulu dicari I dan Rv. Untuk mencari I kumparan pada Rheostart tidak tertempel. Dan setelah didapat dapat dihitung dengan rumus I = , 100 itu sendiri adalah jumlah nilai pada basic mater dan dikurangi nilai yang telah didapat, lalu dibagi dengan arus. Arus masing-masing sudah dijelaskan diatas yaitu, 1 A dan 5 A. Sementara untuk Rv didapat dengan rumus: Rv =  . dan setelah keduanya didapat, barulah mencari Rx-nya.

Untuk menentukan hambatan yang dimiliki oleh resistor, dengan rangkaian jembatan wheatstone ini, terlebih dahulu mengatur kontak geser dari kabel hitam yang tak terpakai kemudian digeser-geserkan pada kawat sedemikian rupahingga skala yang ditunjuk oleh besic meter adalah nol. Setelah ditemukan titik lokasi tersebut, dapat ditentukan nilai L₁ dan L₂. L₁ yang didapat ternyata bernilai besar, sedangkan L₂ bernilai kecil. Ketika menentukan I, kumparan rheostart tidak tertempel, sementara untuk mencari L1 dan l2 kumparan pada rheostart ditempelkan. Nilai yang dicari adalah harus menunjukan pada angka nol. Karena jembatan dikatakan setimbang jika beda potensial pada basic meter sama dengan nol (0 volt) sehingga tidak ada arus yang melalui basic meter tersebut. Untuk nilai L1 diketahui berada sumber hambatan atau power supplay, sedangkan L2 jauh dengan sumber tersebut.

Dari pengamatan di atas sesuai dengan hukum kischoff I yang mengatakan Dalam rangkaian tertutup, jumlah aljabar GGL (E) dan jumlah penurunan potensial sama dengan nol. Setelah menunjukan angka nol, dalam menentukan nilai L2 dan L1 ditentukan dengan cara: L2 = 100 – L1,  karena terdapat hubungan yaitu L1 + L2 adalah panjang kawat penghantar yang dipakai yaitu 1 meter (100 cm). Untuk menghitung nilai hambatan yang belum diketahui besarnya, maka menggunakan persamaan yang berkaitan dengan hukum Ohm: Rx = Rv  . Maka didapat nilai Rx 3 volt pada 1 A dan 5 A masing-masing adalah 0,0325 Ω dan 0,0179 Ω. Nilai Rx 6 volt pada 1 A dan 5 A masing-masing adalah 0,283 Ω dan 0,687 Ω. Dan nilai Rx 9 volt pada 1 A dan 5 A masing-masing adalah 0,005 Ω dan 2,28 Ω.

Dari perhitungan di atas, bisa dikatakan bahwa bila semakin besar hambatan (volt) pada arus 1 A, maka nilai Rx semakin kecil. Sedangkan, bila semakin besar hambatan pada arus 5 A, nilai Rx yang didapat semakin besar pula. Dengan demikian, arus mempengaruhi nilai Rx tersebut. Sementara hukum Ohm mengatakan, jika suatu arus listrik melalui suatu penghantar, maka kekuatan arus tersebut adalah sebanding larus dengan tegangan listrik yang terdapat diantara kedua ujung penghantar tadi.

Dalam praktikum tentang jembatan wheatstone ini, baik dalam pelaksanaan maupun dalam pengolahan tidak terpisahkan dari kesalahan-kesalahan tertentu yang mungkin terjadi. Di antaranya ketidaktelitian pada saat mengukur panjang kawat yang dipakai, ketidaktelitian pada saat mengamati basic meter dan menentukan L₁ dan L₂ dengan kontak geser yang terhubung pada basic meter. Kerusakan pada alat-alat praktikum yang digunakan dan penyusunan rangkaian resisitor maupun rangkaian pada alat jembatan wheatstone yang tidak tepat

G.    Kesimpulan

Dari percobaan praktikum dan perhitungan di atas dapat ditarik kesemipulan, bahwa suatu hambatan yang tidak diketahui dengan nilai metode jembatan dengan menggunakan rumus: Rx = Rv  sehingga didapat  nilai Rx 3 volt pada 1 A dan 5 A masing-masing adalah 0,0325 Ω dan 0,0179 Ω. Nilai Rx 6 volt pada 1 A dan 5 A masing-masing adalah 0,283 Ω dan 0,687 Ω. Dan nilai Rx 9 volt pada 1 A dan 5 A masing-masing adalah 0,005 Ω dan 2,28 Ω.

DAFTAR PUSTAKA

Dedi. 2012. “jembatan wheatstone” http://dedy4brother.blogspot.com/2012/05/je

mbatan-wheatstone.html diakses pada 17 April 14

Pramono, Hadi. 2014. Panduan Praktikum Semester 2. Cirebon: Pusat

Labolatorium IAIN

Suroso,Yonanthan Andrianto. “Laporan Praktikum Disika Dasar II Jembatan

Wheatstone.” http://www.scribd.com/doc/145342454/Laporan-Praktikum-

Fisika-Dasar-II-JEMBATAN-WHEATSTONE diakses pada 17 April 14